Компьютерные белки направляют стволовые клетки на образование сосудов
Исследователи с помощью белков, спроектированных на компьютере, смогли направить человеческие стволовые клетки на формирование новых кровеносных сосудов в лаборатории. Этот прорыв в регенеративной медицине даёт новую надежду на восстановление повреждённых сердец, почек и других органов.
Учёные из Медицинской школы Вашингтонского университета возглавили проект. Их результаты были опубликованы 10 июня в журнале Cell.
"Будь то из-за сердечного приступа, диабета или естественного процесса старения, мы все накапливаем повреждения в тканях нашего тела. Один из способов восстановить часть этого ущерба — стимулировать образование новых кровеносных сосудов в областях, где необходимо восстановить здоровое кровоснабжение", — сказала Ханнеле Руохола-Бейкер, старший автор исследования, профессор биохимии и заместитель директора Института стволовых клеток и регенеративной медицины UW Medicine.
Факторы роста играют ключевую роль в развитии тканей, заживлении ран и раке. Связываясь с рецепторами на поверхности клеток, эти молекулы запускают изменения внутри. Исследователи десятилетиями пытались использовать природные факторы роста в качестве регенеративных лекарств с ограниченным успехом, но многие экспериментальные методы лечения провалились из-за неточности.
"Мы поставили цель создать искусственные белки, которые будут взаимодействовать с рецепторами факторов роста клеток чрезвычайно точно. Когда мы создали эти молекулы в лаборатории и обработали ими человеческие стволовые клетки, мы увидели, как развиваются разные типы сосудистых структур в зависимости от того, какие белки мы использовали. Это совершенно новый уровень контроля", — объяснила Наташа Эдман, ведущий автор исследования.
Исследователи использовали компьютеры для проектирования кольцеобразных белков, каждый из которых нацелен на до восьми рецепторов фактора роста фибробластов. Они обнаружили, что, варьируя размер колец и другие свойства белков, они могут контролировать созревание стволовых клеток в лабораторных условиях.
Полученные сосудистые сети были функциональными и зрелыми. Они образовывали трубки, заживали при повреждении и поглощали питательные вещества из окружающей среды. После трансплантации мышам эти крошечные сети человеческих кровеносных сосудов сформировали соединения с кровеносной системой животного в течение трёх недель.
"Это исследование показывает, что путём дизайна можно создавать искусственные белки с исключительными биологическими функциями. Это поможет учёным понять биологию и в конечном итоге предотвращать и лечить болезни", — сказал старший автор Дэвид Бейкер, профессор биохимии и директор Института дизайна белков.
"Мы решили сначала сосредоточиться на построении кровеносных сосудов, но эта же технология должна работать и для многих других типов тканей. Это открывает новый способ изучения развития тканей и может привести к новому классу лекарств для лечения травм спинного мозга и других состояний, для которых сегодня нет хороших вариантов лечения", — сказал Ашиш Фал, ведущий автор исследования.
Исследование проводилось в Институте дизайна белков и Институте стволовых клеток и регенеративной медицины UW Medicine с участием коллег из Медицинской школы Нью-Йоркского университета, Тегеранского университета медицинских наук, Йельской школы медицины, Института прецизионной медицины Бротмана Бэти и Центра Аллена по отслеживанию клеточных линий.